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Rayos X: ¿rayos X pronto precisos?

salud Rayos X: ¿rayos X pronto precisos?

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Anonim

Los instrumentos de análisis de rayos X, por ejemplo para rayos X, tienen una resolución limitada. Sin embargo, es posible hacerlo mucho mejor, como lo demuestran los investigadores del CNRS, la Universidad de Franche-Comté y la Universidad de Aix-Marseille, allanando el camino para imágenes médicas y terapias de alta precisión.

La radiación X se usa para escanear el material, ya sea para aplicaciones médicas o para controlar piezas industriales. Sin embargo, los detectores X son voluminosos, lo que limita su uso médico, especialmente para endoscopias. Los científicos están buscando miniaturizarlos, lo cual está lejos de ser obvio. En efecto, la detección es indirecta: los rayos X son primero absorbidos por un luminiscente (un centelleador) que a su vez emite fotones de luz visible, detectados por una cámara o fotodetector. Sin embargo, a pequeña escala, un centelleador emite muy pocos fotones y en todas las direcciones: ¡es difícil para una cámara detectar el flujo débil que llega hasta él!

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Los investigadores han encontrado una solución, basada en el uso de una antena óptica que redirige y canaliza los fotones emitidos por un centelleador en miniatura. Este dispositivo ultracompacto permite detectar rayos X en volúmenes de solo unos pocos micrómetros. Inventado por un equipo de laboratorio Femto-ST (CNRS / Universidad de Franche-Comté / UTBM / ENSMM) en colaboración con los investigadores CiNaM (CNRS / AMU) y el Instituto Utinam (CNRS / Universidad de Franche-Comté), está construido sobre una fibra óptica de unas pocas decenas de micrómetros de diámetro. Estos resultados fueron publicados el 28 de marzo de 2017 en la revista Optics Letters .

Diagrama del dispositivo. La radiación azul representa rayos X; la esfera verde intensa y brillante corresponde al fragmento centelleador; las chispas dentro del cuerpo de la antena óptica simbolizan la emisión de fotones por el agregado luminiscente bajo el efecto de los rayos X. Gracias a la antena óptica, esta emisión de luz está fuertemente dirigida hacia una fibra óptica monomodo muy estrecho. © Miguel Ángel Suárez, FEMTO-ST (CNRS, Universidad de Franche-Comté, UTMB, ENSMM)

Un microscintillador de bajo costo con múltiples aplicaciones

En un extremo de la fibra, los investigadores cultivaron una micro punta de polímero. Encima de esta estructura, injertaron un pequeño fragmento de escintilador, luego cubrieron el todo con una fina capa de final para finalizar la antena óptica cuyo papel es canalizar la luz, al igual que las antenas de cuerno para microondas. olas. Cuando el fragmento del centellador recibe rayos X, emite luz que la antena redirige a la fibra. Todo lo que queda es colocar un detector de luz en el otro extremo de la fibra. La idea era lograr un dispositivo industrializable: la realización de la antena óptica sobre la fibra mediante fotopolimerización, como el injerto de escintilador, son procesos que permitirían producir en serie y a bajo costo.

La demostración se realizó con rayos X de baja energía (10 keV). Para considerar aplicaciones médicas, el equipo ahora quiere obtener altas energías: unas pocas decenas de keV para la laparoscopía y varios cientos de keV para aplicaciones terapéuticas. A más largo plazo, los investigadores tienen otras ideas. Por lo tanto, las antenas ópticas podrían reducir el retraso entre la absorción de rayos X y la emisión de luz por el centelleador, y conducir a detectores de rayos X mucho más rápidos.

Además, si bien su resolución espacial es hoy del orden de un micrómetro, los nuevos procedimientos permitirían bajar a 100 nanómetros. Una perspectiva sería usar el detector como una sonda de microscopio de barrido para analizar localmente, por ejemplo, la composición química de los materiales compuestos.

Este trabajo fue financiado por Labex Action y el equipo de investigación envió un proyecto al ANR para explorar estos nuevos caminos científicos y de aplicación.

Lo que hay que recordar

  • Los detectores de rayos X, utilizados en medicina y en otros lugares, ofrecen una resolución espacial baja debido a la dispersión inicial de la radiación.
  • Este nuevo dispositivo enfoca los fotones emitidos por el centelleador usando una antena óptica. El flujo de luz recolectado por el detector es mucho más poderoso y la imagen obtenida es mucho mejor.
  • El proceso es un prototipo funcional que será posible industrializar.

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